Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса
Анализ ранее проведённых работ 9
Глава 2. Природные условия свердловской области
2.1. Физико-географический очерк 24
2.2. Геологические и гидрогеологические условия 28
2.3. Инженерно-геологические условия 40
2.4. Природные ландшафты и почвы 48
2.5. Природные особенности Зауральского пенеплена 58
Выводы 79
Глава 3. Техногенные условия зауральского пенеплена
3.1. Геологическая среда Зауральского пенеплена 82
3.2. Техногенные ландшафты 87
3.3. Экологически опасные объекты и процессы Зауралья 98 ВЫВОДЫ- 120
Глава 4. Эколого-геологическая оценка состояния природной среды зауральского пенеплена
4.1. Эколого-геологическая оценка состояния приземной атмосферы 123
4.2. Эколого-геологическая оценка состояния почв, грунтов и донных отложений
4.3. Эколого-геологическая оценка состояния поверхностных вод 148
4.4. Эколого-геологическая оценка состояния подземных вод 159
Выводы 168
Глава 5. Эколого-геологическое районирование зауральского пенеплена
5.1. Методика эколого-геологического районирования 170
5.2. Эколого-геологическое районирование территории 176
Выводы 183
Заключение 184
Список литературы
- Инженерно-геологические условия
- Природные особенности Зауральского пенеплена
- Техногенные ландшафты
- Эколого-геологическая оценка состояния почв, грунтов и донных отложений
Инженерно-геологические условия
Экология, считавшаяся ранее чисто биологической наукой, в последние 20-30 лет заметно расширила свои границы, превратилась в многоотраслевую интегральную научную дисциплину [109,110]. Причиной столь стремительного роста экологических знаний кроется в обостряющейся экологической обстановке, выдвигающей на первый план проблему сохранения и выживания человечества.
Эколого-геологические исследования являются сравнительно новым видом работ в геологии. Изучением вопроса о содержании и методике проведения экологических исследований в 70-80-е годы стали заниматься специалисты различного профиля: географы, геологи, почвоведы. В1, последнее время этой проблемой заинтересовались биологи и специалисты медико-санитарных служб. Основные концепции данного направления и терминология, в том числе, находятся в постоянной разработке.
Основная задача эколого-геологического картографирования состоит в получении, обобщении и систематизации данных о современном состоянии геологической среды и выполнении прогнозной оценки её дальнейших изменений под воздействием техногенеза [68,94,104].
На сегодняшний день существует большое количество методик, разработанных для построения карт различного масштаба и содержания. Рассмотрим некоторые из них. Основные методы проведения эколого-геологических исследований, принципы и способы отображения полученной информации на картографических моделях были разработаны и предложены Всероссийским научно-исследовательским институтом гидрогеологии и инженерной геологии. Они отражены в методических указаниях и требованиях к геолого-экологическим исследованиям и картографированию масштабов 1:1 000 000 - 1: 500 000, 1:200 000 - 1:100 000 и 1:50 000 - 1:25 000. Данные руководства являются практически единственными, официально изданными нормативными документами, регламентирующими методику проведения эколого-геологического картирования и картографирования в Министерстве природных ресурсов РФ [64,65,98, 99,100].
Построение среднемасштабных эколого-геологических схем и карт, являющихся обязательными при проведении геологических съёмок масштаба 1:200 000, осуществляется на основе «Инструкции по составлению и подготовке к изданию листов Госгеолкарты РФ масштаба 1:200 000 [43], разработанной и составленной коллективом ВСЕГЕИ;
Методические рекомендации [63,64] содержат основные принципы составления эколого-геологических карт, а также рекомендуемые к применению исходные материалы для составления1 комплекта карт. 0сновными картами, рекомендуемыми к построению, являются «эколого-геологическая карта», отражающая фактическую информацию о природных и антропогенных условиях исследуемой территории, а также «Карта оценки экологического состояния геологической среды», построение которой основано на использовании критериев интегральной оценки экологического состояния геологической среды. Данными документами рекомендуется составление обязательных (2-6) и вспомогательных (8-16) карт, отражающих характеристики отдельных классов информации.
Таким образом, изложенные в данных документах [64,65], принципы построения, эколого-геологических карт универсальны и могут быть использованы в различных территориальных зонах России. Сложность заключается в том, что нет общепринятых методов получения и отображения информации, характеризующей экологическое состояние территорий, а также набора стандартных критериев для проведения универсальной оценки качества природной среды, так как для каждого региона необходимо учитывать свойственные ему факторы, определяющие специфику экологического состояния геологической среды.
В «Инструкции по составлению и подготовке к изданию листов Госгеолкарты РФ масштаба 1:200 000 [43] рекомендованы к построению карты: эколого-геологических условий и интегральной карты, построенной на основе экспертных оценок эколого-геологической опасности. Дополнительно предлагается также использовать в качестве вспомогательных карт — карты районирования по геохимической и геодинамической устойчивости, защищённости первого от поверхности водоносного горизонта, неотектонического районирования и т.д.
Эколого-геологические карты, в целом, относятся к категории тематических геологических карт и представляют новый их тип. По содержанию их целесообразно подразделять на четыре типа: 1. Карты эколого-геологических условий (обстановок). 2. Карты эколого-геологического районирования. 3. Карты эколого-геологические прогнозные. 4. Карты эколого-геологические рекомендательные (рис. 1.1) [97] . Существует, также, большое разнообразие карт экологического содержания. Они классифицируются по масштабу, практическому значению, по характеру передаваемого материала и другим признакам. Все они широко описаны в литературных источниках [11,15, 93, 108].
В настоящее время все исследовательские работы экологической направленности можно разделить на несколько групп: исследования, определяющие ресурсный потенциал территории, а именно, наличие полезных ископаемых и характерные природно-рекреационные условия региона;
Природные особенности Зауральского пенеплена
Предуральского краевого прогиба с Западно-Уральской зоной линейной складчатости восточной части геоструктуры. Области питания более высоких порядков охватывают границы отрицательных структур, выполненных отложениями кунгурского яруса.
В этой структурной зоне следует обратить внимание на наличие в геологическом разрезе карстующихся коренных пород - известняков и особенно легкорастворимых ангидритов, которые часто развиты в пониженных участках рельефа.
В строении горно-складчатого Урала с запада на восток выделены следующие региональные структуры первого порядка: Западно-Уральская зона линейной складчатости, сложенная терригенными (обломочными) и карбонатными отложениями в возрастном интервале от кембрия до нижней перми; Центрально-Уральское поднятие, представленное древними комплексами (архейско-рифейского, кембрийского-ордовикского возраста) глубоко метаморфизованных горных пород водораздельной части Урала; Тагило-Магнитогорский прогиб, выраженный в пределах области Тагильским мегасинклинорием. Он сложен вулканогенно-осадочными комплексами силура-- нижнего карбона, прорванными интрузивами гранитоидов, габброидов и гипербазитов; Восточно-Уральская область поднятий и сопряженных прогибов второго порядка, занимающая большую часть восточного склона Урала. Это сооружение отличается особенно сложным строением и сложено осадочными, осадочно-вулканогенными, вулканогенными и метаморфическими толщами возрастного диапазона от рифея до нижнего карбона включительно. Здесь широко распространены интрузивные породы разнообразного состава с преобладанием гранитоидов в Верхотурско-Верхисетском и Сосьвинско-Коневском мегантиклинориях. Последний получил название Главного гранитного пояса Урала [62,88]. С позиции трещинной нарушенное скальных массивов наиболее проницаемыми породами в зоне аэрации являются осадочные, вулканогенные и вулканогенно-осадочные горные породы. Массивы интрузивных пород гранитоидного, габброидного и ультраосновного состава в этом отношении более благоприятны [38].
Подземные воды открытых структур горно-складчатого Урала принадлежат к Болыдеуральскому бассейну корово-блоковых вод с преобладанием вод трещинного типа. Они формируют повсеместно распространенный горизонт трещинно-грунтовых вод в зоне экзогенной трещиноватости, трещинно-жильные воды тектонических нарушений, контактов геологических тел различного состава и происхождения, трещинно-карстовые воды в массивах карбонатных пород. Горизонт трещинно-грунтовых вод верхней части скальных массивов на участках развития коры выветривания при высоком уровне подземных вод образует гидродинамически единую систему с порово-грунтовыми водами. В пониженных частях рельефа уровень грунтовых вод приближен к дневной поверхности, на склонах и водоразделах опускается на несколько десятков метров. Трещинно-грунтовые воды легко подвергаются техногенному загрязнению на урбанизированных территориях. Трещинно-жильные и трещинно-карстовые воды, являющиеся важным источником питьевого водоснабжения области горно-складчатого Урала, в верхней части скальных массивов на незащищенных площадях также испытывают техногенное воздействие.
На поверхности разновозрастных породных комплексов Западно-Уральской зоны линейной складчатости и Центрально-Уральского поднятия элювиальные мезозойские коры выветривания отмечены только на Среднем Урале и представлены рухляками, дресвяно-щебенистыми породами при площадной мощности до 3 м [53]. В регионе широко развиты четвертичные отложения, связанные с активными склоновыми процессами (коллювиальные, солифлюкционно-делювиальные, делювиальные) с образованием шлейфов у подножья горных склонов и в межгорных впадинах мощностью до 60-80 м. Коренные породы, разрушенные современным выветриванием, перекрыты с поверхности щебенисто-глинистым элювием мощностью до 5 м. Повсеместно развиты элювиально-делювиальные суглинки с щебнем коренных пород мощностью до 10 м. Аллювиальные образования слагают террасы в речных долинах, где более древние отложения, представленные гравийно-галечниковыми образованиями, перекрыты супесчано-глинистой толщей в кровле разреза. Общая мощность аллювия достигает 10-15 м. В районах развития известняков отмечаются карстовые процессы, которые могут активизироваться в местах промышленного освоения (г. Билимбай).
В Тагильском мегасинклинории на поверхности коренных пород рыхлые отложения представлены мезозойской корой выветривания различной степени интеграции и четвертичными образованиями, с преобладанием пород элювиально-делювиального генезиса на водоразделах и аллювия в речных долинах.
Мощность образований коры выветривания при площадном распространении до 5-7 м, линейная кора выветривания в тектонических и приконтактных зонах достигает 100-150 м. На элювиальных грунтах пологих склонов и пониженных частей рельефа кора выветривания имеет трехслойное строение (снизу вверх): трещинная зона, обломочная зона (щебенисто-дресвяный горизонт), дисперсная зона (элювиальные суглинки, глины и супеси). На урбанизированных территориях часто развиты техногенные отложения [38, 90].
Элювиально-делювиальные, пролювиальные и озерно-болотные отложения, представленные щебнем с суглинистым заполнителем, глинами, суглинками, супесями на возвышенностях рельефа имеют небольшую мощность до 3-5 м, на склонах последняя возрастает до 8-10 м, реже до 15 м. В
Техногенные ландшафты
На территории области, особенно в горной ее части и на юго-западе (Красноуфимский, Артинский и Ачитский районы), распространены почвы овражно-балочного комплекса. Таких почв, по материалам последнего тура почвенного обследования — 44,3 тыс. га, причем более половины этих земель сосредоточено на сельскохозяйственных угодьях.
Более 70% территории области находится- под древесно-кустарниковой растительностью и лесами. Более 15% занимают безлесные пространства, непригодные для ведения сельского или лесного хозяйства — это промышленные территории, нарушенные земли при добыче и переработке полезных ископаемых, овраги, скальные обнажения, участки- под водой и болотами.
Более 60% площади земельных ресурсов представлены низко плодородными и малопригодными длясельского хозяйствалочвами.
Почвенный покров пашни представлен наиболее плодородными почвами - серыми лесными, черноземами, в меньшей мере — дерново-подзолистыми. На сенокосах и пастбищах преобладают серые лесные, серые лесные глеевые, луговые, дерново-подзолистые и болотно-подзолистые почвы.
Около 4% почвенного покрова области- представлено почвами с негативными признаками: переувлажненными, заболоченными, засоленными, солонцеватыми и т.д. [25 - 28].
На территории области отмечаются практически все виды деградации почвенного покрова: водная и ветровая эрозия, снижение содержания гумуса в пахотном горизонте, подкисление почв, подтопление, переувлажнение и заболачивание почв, их переуплотнение, засоление, зарастание сельскохозяйственных угодий мелколесьем и кустарником, загрязнение земель и нарушение почвенного покрова при строительных работах, разработке и переработке полезных ископаемых и др. За последние годы наблюдается тенденция к усилению эрозионных процессов. Наиболее эрозионно-опасными являются районы Предуралья: Красноуфимский, Артинский, Ачитский, Шалинский. Здесь около 40 % пашни нуждается в противоэрозионной организации территории. Основной причиной возникновения эрозии является нерациональное и неправильное использование земельных ресурсов, дополненное влиянием природных факторов.
Площадь заболоченных сельскохозяйственных угодий составляет 560,9 тыс. га, в т.ч. средне заболоченных — 170,8, сильно заболоченных — 49,3 тыс. га, остальная площадь — 340,8 тыс. га — слабо заболочена.
Особенно большие площади переувлажненные и заболоченные почвы занимают в Зауралье, что обусловлено в первую очередь природными условиями (равнинный характер рельефа, тяжелый гранулометрический состав почвообразующих пород и т.д.),
Площадь засоленных почв на сельхозугодьях составляет 17,0 тыс. га, из них среднезасоленных - 0,1 тыс. га, сильнозасоленных — 0,3 тыс. га, солончаков - 0,6 тыс. га, остальная площадь занята слабозасоленными почвами. Преобладают на кормовых угодьях.
Солонцеватые почвы и солонцовые комплексы также преобладают на сенокосах и пастбищах - 5,8 тыс. га, на пашне их — 1,7 тыс. га. Всего солонцеватых почв и почв с солонцовыми комплексами — 7,5 тыс. га. [25].
Каменистые сельскохозяйственные угодья занимают площадь 65,3 тыс. га с преобладанием их на пахотных землях. Этот негативный признак наиболее характерен для почв Предуралья и горной полосы.
Значительные площади в области по-прежнему занимают не рекультивированные нарушенные земли, представленные карьерами, выемками, отвалами, хвостохранилищами и хранилищами отходов горнодобывающих и перерабатывающих предприятий. Увеличиваются площади загрязненных земель химически активными пестицидами, і промышленными и бытовыми отходами, вредными химическими веществами, тяжелыми металлами, радионуклидами и т.д.
В результате орошения наблюдаются явления заболачивания и ухудшения водно-физических свойств почв. На массивах осушаемых земель из-за отсутствия ухода за дренажной сетью прослеживаются процессы вторичного заболачивания, а в некоторых случаях и засоления земель.
Исследуемая территория Зауральского, пенеплена располагается в средней части южной половины Свердловской области (рис. 2.5.1.).
Южная граница территории совпадает с административной границей Свердловской области. Северная проходит южнее широты г. Красноуральска. Восточная тянется по линии Алапаевск — Артёмовский — Сухой Лог — Богданович - Каменск-Уральский. Западная граница трассируется посёлками и городами Свободный — Рудянка — Кедровое — Березовский — Арамиль — Сысерть.
Помимо вышеперечисленных городов в территорию пенеплена входят Верхняя и Нижняя Салда, Реж, Асбест, Белоярский, Заречный, Двуреченск, Рефтинский, Кольцово, Ключевск, Лосиный, Малышево, Нейво-Шайтанский. Речные артерии представлены средним течением рек: Тагил, Нейва, Рефт, Пышма, Синара, Исеть. В территорию также входят два крупных водохранилища: Белоярское и Рефтинское, а также ряд более мелких. Район Зауральского пенеплена, представляет собой слегка всхолмленную равнину с абсолютными отметками поверхности 130-250 м. Долины рек по сравнению с горным Уралом значительно расширяются, появляются широкие поймы. Местами выражены надпойменные террасы. Область разобщена цокольной равниной на две обособленные площади. Южная часть области сложена преимущественно комплексом метаморфических пород
Эколого-геологическая оценка состояния почв, грунтов и донных отложений
Воздействие человека на геологическую среду осуществляется, главным образом, через технику и технологию. Чем выше степень урбанизации площадей, чем сложнее виды нагрузок на них, тем активнее идёт преобразование природной среды в техногенную. При этом геологическая среда застроенной или застраиваемой территории не остаётся стабильной — меняются границы: идёт расширение строительства, ведутся реконструкции, перепланировки, довольно часто, уплотнение строений, изменяется глубина заложения фундаментов при сносе одних строений и замене их другими, совершенствуются технологии, меняются виды и типы нагрузок, нарушений и загрязнений. Вокруг больших и малых городов возникают площади пригородных хозяйств, садов и дачных участков, где интенсивно перерабатываются, увлажняются, удобряются, насыщаются химикатами и перегноем всё те же покровные отложения геологической среды. И чем выше потенциал города, тем больше площадей и видов его влияния на окружающую среду.
В районах, преимущественно сельскохозяйственных, площади, занятые под строения, значительно уступают площадям сельскохозяйственных угодий и, как следствие этого, меняется вид и степень воздействий на покровные отложения. Здесь преобладает механическое воздействие при возделывании полей, химические и органические добавки в почву при удобрениях и борьбе с сорняками. Периодически посевные площади подвергаются уплотнению тяжёлыми механизмами и загрязнению горюче-смазочными материалами на местах заправки мапшн. В пределах сельских поселений возникают сложные нагрузки, связанные со строительством и эксплуатацией объектов переработки сырья, содержанием скота и птицы.
Особенно велико негативное воздействие на окружающую среду техногенных ландшафтов, возникающих при разработке месторождений полезных ископаемых. В силу своих геолого-геохимических особенностей они являются источником загрязнения природной среды химическими элементами, многие из которых высокотоксичны (селен, ртуть, кадмий, цинк, медь, никель, кобальт, теллур, мышьяк, сурьма)..Глубокое водопонижение на месторождениях приводит к образованию обширных депрессионных воронок глубиной до нескольких сотен метров и площадью в десятки квадратных километров, с развитием техногенных зон аэрации,
Интенсивная многолетняя горнодобывающая деятельность приводит к весьма существенным изменениям природного состояния геологической среды, к снижению естественной защищенности подземных вод, активизации геохимических и геомеханических процессов. В пределах горных отводов действующих и уже прекративших свое существование предприятий формируется типичный «техногенный ландшафт».
Особую роль в изменении геологической среды играют также и линейные объекты - дороги, автомобильные и железные, линии электропередач, газопроводы и нефтепроводы.
Исходя из вышесказанного, все существующие техногенные ландшафты можно разделить на пять классов, учитывая при этом ведущий вид миграции, в данном случае — техногенной [3]:
Сельскохозяйственные ландшафты. К ним" относятся земельные участки, используемые в животноводстве (различные помещения и окружающая их территория, выгоны, пастбища, зоны утилизации отходов и т.д.) и растениеводстве (поля злаковых, корнеплодов, бобовых, ягодные плантации и т. д.). Однако во всех этих ландшафтах при преобладающем значении техногенной миграции продолжает существовать биологический круговорот элементов и его роль иногда достаточно велика.
За счёт техногенной миграции из ландшафтов ежегодно удаляется огромное количество элементов, находящихся в биогенной форме. Ежегодно из сельскохозяйственных ландшафтов с урожаем вывозятся (многие металлы. Кроме того необходимо учитывать и процесс постоянного техногенного поступления в почвы целого ряда элементов, который связан, в основном, с внесением в рассматриваемые ландшафты удобрений в- минеральной и биогенной форме, пестицидов, гербицидов. Небольшое количество элементов поступает при износе различных машин и инструментов, а также из оставляемого в ландшафтах производственного мусора. Особенностью большей части сельскохозяйственных ландшафтові также является практически ежегодное перепахивание земель — механическое перемешивание верхнего почвенного горизонта [3].
К промышленным ландшафтам относятся территории, расположенные за пределами населённых пунктов и занятые промышленными предприятиями, карьерами и шахтами с постройками, необходимыми для их эксплуатации, а также отвалами горных пород у шахт, карьеров и хвостохранилищ обогатительных фабрик. Роль биологического круговорота элементов в этих ландшафтах минимальна. Из ландшафтов, представляющих собой горнорудные предприятия и обогатительнве фабрики, основная часть элементов удаляется в форме самостоятельных минеральных видов, а из ландшафтов, занятых промышленными предприятиями — в форме техногенных соединений, часто не имеющих природных аналогов.
